环境地质学_第7章 地下水资源.ppt
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1、第7章 地下水资源及其开发利用的环境地质问题,7.1 地下水资源7.2 地下水的赋存地质环境7.3 地下水资源开发利用的环境地质问题7.4 地面沉降7.5地下水污染,我国水资源状况,我国的水资源总量占全球的6,黄河、长江、珠江等七大水系,河流密布大江南北,我国的水资源总量仅低于巴西、俄罗斯、加拿大、美国和印度尼西亚,排在世界第六位。但是我国却是一个水资源短缺的国家。 我国人口却占全球的23左右,因人口众多,我国人均水资源量仅有2200m3,只有世界平均值的1/4,在联合国可持续发展委员会统计的153个国家和地区中,排在第121位,并且还被列为了世界13个人均水资源最贫乏的国家之一。,我国的水资
2、源在时间和空间分布上的极不均衡,还造成了局部地区的的严重缺水。黄淮海流域人口占全国的34.7,水资源量却只占全国的7.6,人均水资源量仅有474m3,属于严重缺水地区;而首都北京,人均水资源量不足300m3,是世界上最严重缺水的特大城市之一。北京的人均水资源总量只有世界平均水平的1/30,也就是说,如果人家喝一茶杯水的话,我们只能喝到不到10毫升的水,连一小勺都不够。,我国大部分地区年内连续4个月降水量占全年水量的6080,也就是说,我国水资源中大约有2/3都是洪水径流量。南方地区最大年降水量一般是最小年降水量的24倍,北方地区则为38倍,并且出现过连续丰水年或连续枯水年的情况。,水质污染和水
3、资源的粗放利用进一步加剧了我国水资源的短缺。 目前,长江区的太湖水系、西北诸河、淮河区、黄河区和海河区有近一半的水源地水质不合格;松花江区和辽河区不合格水源地占三分之一,我国有1.9亿人饮用水有害物质含量超标。水资源的粗放利用进一步加剧了我们水资源的短缺。2003年我国万元GDP用水量为465m3,是世界平均水平的4倍;农业灌溉用水有效利用系数为0.40.5,是发达国家的1/2;水的重复利用率为50,发达国家已达到了85;全国城市供水管网漏损率达20左右,仅城市坐便器水箱漏水一项每年就损失上亿立方米。,全国正常年份缺水量约400亿m3,全国668座城市中有400多座缺水。水资源紧缺已成为我国可
4、持续发展的“瓶颈”。来自水利部的统计数字,我国人均水资源拥有量只有2200立方米,仅为世界平均水平的四分之一,目前全国三分之二的大中城市面临缺水;与此同时,地下水资源遭到过度开采,全国地下水降落面积已达到15万平方公里。,7.1 地下水资源,1、地下水资源含义及重要性广泛埋藏于地表以下的各种状态的水,统称为地下水。大气降水是地下水的主要来源。地下水储量:在水循环中贮存于透水岩层和土壤孔隙中的地下水量。 地下水资源:是指在一定期限内,能提供给人类使用的,且能逐年得到恢复的地下淡水量。是水资源的组成部分。通常以地面入渗补给量(包括天然补给量和开采补给量)计算其数量。因此,地下水资源的开采一般不应超
5、过补给量,否则会给环境带来危害,使生态条件恶化。,通过最新一轮全国地下水资源调查评价,我国共查明地下水天然资源量多年平均值9235亿立方米,其中可开采资源量多年平均值3527亿立方米;2000年全国地下水开采总量为1115亿立方米,占全国总用水量的20。,地下水的重要性,是可贵的供水水源;与地表水相比:地下水延续时间长,更新期长;储存量大,分布广可节省输水给水工程;水质较优,不易受污染;不易受气候影响,供水量稳定。在国民经济建设中供水量所占比重不断提高农田灌溉用水占重要地位还有其他作用如提取工业原料,提取有益的微量元素,提取化工产品如盐、碱、碘等。,2、地下水资源特征可恢复性;可流动性;可调性
6、;系统性;复杂性;,3、地下水资源的分类三分法:,3、地下水资源的分类(二分法),4、我国地下水资源分布情况,地下水资源在我国水资源中占有举足轻重的地位,由于其分布广、水质好、不易被污染、调蓄能力强、供水保证程度高,正被越来越广泛地开发利用。尤其在中国北方、干旱半干旱地区的许多地区和城市,地下水成为重要的甚至唯一的水源。据计算我国可更新地下淡水资源总量为8700亿方,占我国水资源总量的31%,其中地下淡水开采资源为2900亿方。微咸水开采资源130108m3/a。平原区(含盆地)地下水储存量约23万亿立方米,10米含水层中的地下水储存量相当于840毫米,水层厚度,略大于全国平均降水量648毫米
7、,这个比例与世界地下水储存量的平均值相近似。,从目前的供水情况看,全国地下水的利用量占全国水资源利用总量的16%,其中地下水开发利用程度最高的是华北地区,其地下水供水量占全区总用水量的52%。预计在21世纪,我国淡水资源供水需矛盾突出的地区仍是华北、西北、辽中南地区及部分沿海城市。,受我国水资源及人口分布、经济发达程度、开采条件等诸多因素的影响,相对于区域我国城市特别是北方城市地下水资源的供需矛盾尤为突出。目前全国有近400个城市开采地下水作为城市供水水源,300多个城市存在不同程度缺水,每年水资源缺口大约为1000万方,据不完全统计其中以地下水水源地做为主要供水水源的城市超过60个,如:石家
8、庄、太原、呼和浩特、沈阳、济南、海口、西安、西宁、银川、乌鲁木齐、拉萨等;以地下水与地表水联合供水的城市有:北京、天津、大连、哈尔滨、南京、杭州、南昌、青岛、郑州、武汉、广州、成都、贵阳、昆明、兰州、长春、上海等。,目前城市地下水资源遭受污染的情况较为严重,据不完全统计全国已有136个大中城市地下水受到不同程度的污染,其中比较严重的有包头、长春、郑州、鞍山、太原、沈阳、哈尔滨、北京、西安、兰州、乌鲁木齐、上海、无锡、常州、杭州、合肥、武汉等城市。主要污染源均为工业和生活污染,局部农业区地下水也受到污染,主要分布在城近郊区的污灌区,目前有污水灌溉农田2000多万亩,直接污染了地下水,也有的还受到
9、农药和化肥的污染。,5、地下水资源评价,对地下水资源的数量、质量、时空分布特征和开发利用条件作出科学的、全面的分析和估计称为地下水资源评价。常有两种:区域性地下水资源评价水源地下水资源评价,(1)地下水资源评价内容地下水水量评价:地下水水质评价开采量保证程度的评价环境效益的评价,(2)地下水资源评价原则运用“三水”转化的规律进行水量评价充分利用地下水资源的调蓄能力合理的开采方式水质与水量的综合评价,7.2 地下水的赋存地质环境,7.3 地下水资源开发利用的环境地质问题,1、区域地下水位下降问题 根据中国水资源评价,我国北方平原在20世纪70年代以前,不少地区承压地下水可喷出地表,并且形成了许多
10、著名的大泉,如济南“趵突泉”、北京玉泉山、山西太原“晋词泉”、河南辉县“百泉”和河北邢台“百泉”等。由于过量开采地下水资源,目前有些大泉已遭到不同程度的破坏。,截止1999年底,华北地区已形成浅层地下水降落漏斗46个,漏斗总面积达1.6万km2,漏斗中心水位埋深1545m(近年来又有不同程度的发展)。除此之外,长江三角洲地区因长期过量开采第二含水层水量近4100000000 t,已形成苏州、常州、无锡区域地下水位下降,漏斗中心地下水位下降速率为12m/a。松辽平原的大庆市已形成近4000km2 的地下水位下降漏斗,下降速率为11m/a 。沈阳、哈尔滨、长春亦出现了埋深大于200m的地下水位下降
11、漏斗;西北地区的黑河流域的金塔盆地、武威盆地和酒泉盆地、敦煌灌区、双塔灌区等;新疆哈密盆地、吐鲁番盆地等,均已出现区域性地下水位下降。,此外,在干旱地区,由于地下水与地表水联系密切,当地下水资源过量开采时,就会造成区域地下水位大幅度下降,地表水消失,包气带增厚,草场、土地退化和沙化,导致绿洲面积减少。如内蒙古东部的科尔沁草原,20世纪60年代沙漠化土地面积只占该草原所在盟的14.3%,由于地下水资源过量开采,到70年代中后期,沙漠化土地面积已扩大到50.2%,生态平衡被严重破坏。解决办法可通过调整开采含水层层次,控制开采量和进行人工回灌等措施,使水位回升。,2、地下水水质恶化随着经济的高速发展
12、和城市人口的急剧膨胀,近些年由于工业及生活废水大量不合理的排放,而治理设施跟不上发展要求,从而导致城市地下水遭到不同程度的污染。与此同时过量开采地下水,致使地下水动力场和水化学场发生改变,也会造成地下水某些物理化学组分如微生物含量增加,而引起水质恶化。,目前我国东部的哈尔滨、鞍山、齐齐哈尔、天津、北京、济南、潍坊、上海、合肥、福州、温州等3座城市;西部的西安、宝鸡、太原、兰州、天水、陇西等六座城市,以及西南的昆明、成都、贵阳、安顺等城市,地下水水质不同程度的受到硝酸盐、氰、酚、有机磷等有害物质的污染。其中尤以沈阳、太原、包头、北京、西安等大城市较为严重。,3 海水入侵在近海(或干旱内陆)地区取
13、水,由于过量开采地下水而改变其水动力条件,造成地下水位过分下降,常常会带来海水(咸水)入侵,使水质污染。,如我国北方沿海某城市的水源地,在1964年以前,咸水分布范围离水源地2km,随着地下水的开采,到1970年4月,离水源地仅1km,水质已经被污染,水量也有所减少(1959年单井出水量为46 m3/h,至1970年初减至20 m3/h,小者不足10 m3h)。调查结果表明,根本原因在于强烈地开采地下水。,我国海岸线长达18000余公里。滨海地区人口密集、经济迅速发展,对地下水需求量日益增加。过量开采地下水,导致海水向滨海淡水含水层入侵,地下水质恶化加剧。如大连、秦皇岛、天津、青岛、烟台、漳州
14、、福州、广州、莱州湾等均已先后出现海水入侵。以莱州湾入侵面积最大,其中1989年,莱州市为202km2 ,龙口市80km2,寿光县23km2,另外还波及到利津、恳利、东营、广饶等地。天津市因海水入侵,防浪堤增加,滨海平原潜水位抬高,加重土壤盐渍化、沼泽化,海河泄洪能力降低,如遇较大洪水,市区淹没风险加大等。,预防和治理海水入侵,限制淡水开采量;人工回灌;布置注水井,回灌淡水使之高于地下水位的水丘,阻止海水向内陆移动。设置抽水槽;在海岸线附近布置钻孔抽水,排入海洋,在地下含水层中形成一个地下抽水槽,阻止海水入侵。建造隔水墙。,4 地下水资源枯竭在地下水实际开发过程中,当单井的抽水量大于其出水能力
15、,整个井场的开采量超过了水源地可能的补给保证时,开采区的动水位将大幅度下降。这种过量开采的初期将会出现少数水井的吊泵及枯井(超过设计降深),最终将导致整个水源地疏干,造成地下水资源枯竭。1956年对上海市1 100余眼水源井的调查资料表明,由于过量开采,近300眼井已先后吊泵报废。,5 地面沉降地面沉降指在自然或人为超强度开采地下流体(地下水、天然气、石油等)等造成地表土体压缩而出现的大面积地面标高降低的现象。地面沉降通常产生在大陆沉积物比较发育的地区,如大河下游的近海冲积平原或在巨厚松散沉积物发育的大型盆地。由于这些地区的城市规模巨大,工农业集中,大量开采地下水使地下水压力降低,松散沉积物被
16、压缩,即地下水与沉积物的压力失调,从而产生了地面沉降。,全国已陆续发现具有不同程度的区域性地面沉降的城市有30多座,包括西安、上海、天津、太原、无锡、嘉兴、宁波、常州等。如西安市用水主要开采深100300m的承压水,1972年1983年,最大累计沉降量777毫米,平均每年3050mm的沉降中心有5处。到1989年最大累计沉降量已达1.51m,沉降量100mm的范围达200 km2。上海市自1860年开凿第一口深井开采地下水以来,至今已增至1 100多眼,日开采地下水量达到65万t,因此,在市区及近郊已形成地下水面降落区,中心水位最大降深在海平面以下3040m,在地面也形成了与地下水面降落区相似
17、的碟形沉降洼地,最大的沉降量为2.63m。这些都与地下水开采量有直接的对应关系。,6 地面塌陷地面塌陷是隐伏的岩溶洞穴,在第四纪土层覆盖以后,在自然或人为活动的作用下产生的塌陷现象。地面塌陷有岩溶塌陷和非岩溶塌陷两种。截止1999年统计,全国有24个省发现岩溶塌陷,其中以桂、湘、川、赣、滇、鄂等省最为发育;25个城市有岩溶塌陷发育,其中包括贵阳、昆明、杭州、武汉、南京、南宁六个省会城市。岩溶塌陷点达800处以上,塌陷坑总数超过3万个,给建筑物和生命线工程造成了严重威胁。,6 地面塌陷,1988年4月河北省秦皇岛市柳江水源地塌陷,面积达34万m2,出现塌坑286个,最大直径12m,深7.8m;1
18、988年5月武汉市陆家街塌陷,黑龙江七台河市塌陷等等,都是由于过量开采地下水、地下土质疏松、地下溶洞塌陷等原因而发生的,造成了很大的损失。,7 地面裂缝自20世纪60年代起,我国先后在一些地区发生了地面裂缝问题,如西安、兰州、大同、太原、泰安、沧州、青岛等200多个县市相继发现地裂缝757处,最严重的西安市年经济损失数亿元。西安市区有七条明显的地裂缝和三条隐藏的地裂缝,总体走向NE70,呈雁行排列,裂口上宽下窄,可见深度达11m,范围达110 km2。从地裂缝的走向、形态来看,与西安-临潼断裂一致,说明构造活动是地裂缝发育的基础。从近期大量抽汲地下水,造成地下水位下降,并与地裂缝快速发展在时间
19、上的吻合来分析,抽汲地下水是地裂缝发生和发展的直接诱因。对于地裂缝目前尚无抵抗地裂缝的工程措施,只能避让。,7.4 地面沉降,一、地面沉降基本情况地面沉降又称为地面下沉或地陷。它是在人类工程经济活动影响下,由于地下松散地层固结压缩,导致地壳表面标高降低的一种局部的下降运动。可分为:(1)抽汲地下水引起的地面沉降;(2)采掘固体矿产引起的地面沉降;(3)开采石油、天然气引起的地面沉降;(4)抽汲卤水引起的地面沉降。,1、地面沉降的地质环境可分为三种模式: 现代冲积平原模式,如我国的几大平原。 三角洲平原模式,尤其是在现代冲积三角洲平原地区,如长江三角洲就属于这种类型。常州、无锡、苏州、嘉兴、肖山
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